鄱阳湖及支流沉积物中重金属污染及生态风险评价.doc

环境污染与防治 网络版 第3期 2007年3月鄱阳湖及支流沉积物中重金属污染及生态风险评价*曹维鹏第一作者：曹维鹏，男，1980年生，硕士研究生，主要从事环境中重金属形态方面的研究通讯作者国家自然科学基金资助项目（No.40371067）；江西省自然科学基金资助项目（No.0520002） 罗明标1# 丁建桦1 王毛兰2（1.东华理工学院应化系，江西 抚州 344000；2.教育部鄱阳湖湖泊生态与生物资源利用实验室，江西 南昌 330000)摘要 对鄱阳湖及支流沉积物中的重金属进行了形态分析和生态风险评价结果表明，以西河沉积物为参比，鄱阳湖及除修水外的支流沉积物中重金属的潜在风险等级均在中值以上，饶河的风险等级最高，在被研究的5种重金属中，镉和铜的生态风险贡献率较高，是构成潜在生态风险的主要因素关键词 形态分析 鄱阳湖及支流沉积物 生态风险评价 贡献率The heavy metal pollution and ecological risk assessment of sediments in Poyang Lake and branches Cao Weipeng1, Luo Mingbiao1, Ding Jianhua1 , Wang Maolan2.（1.Applied Chemistry Department, East China Institute of Technology , Fuzhou Jiangxi 344000;2.The Key Lab. of Poyang Lake Ecology and Bio-resource Utilization, Ministry of Education, Nanchang Jiangxi 330000）Abstract：In this study, the heavy metals in sediments of Poyang Lake and branches was analysed and its ecological risk was evaluated. Experimental results showed: the risk grades of Poyang Lake and braches (except Xiushui River) were higher than middle values, the sediment in Xihe River as the reference. The sediment in Raohe River possessed the highest risk grade. In five studied heavy metals, the contribution ratios of cadmium and copper, the main factors to ecological risk, were higher than others. Keywords: Speciation analysis Sediments of Poyang Lake and branches Ecological risk assessment Contribution ratio鄱阳湖位于江西省北部，长江中下游南岸，地理坐标为东经115º49'－116º46'，北纬28º24'－29º46，面积21 224.4 km2，上承赣、抚、饶、信、修五河之水，是我国最大的淡水湖。

湖周边有德兴和永平两铜矿，是我国著名的大型铜业基地，在河湖交接处，重金属含量较高，且已影响到水生环境[1]湖泊表层沉积物是水体污染物的重要宿体，由汇水区得到补充的重金属被水体悬浮物吸附并最终沉积到湖泊水体表层沉积物中[2]其中的污染物又可以通过微生物、底栖动物及水生植物的作用重新进入生态系统从而对水体生态系统构成长期威胁[3]因此，深入了解和分析鄱阳湖及支流沉积物中重金属的污染状况及其生态风险具有极其重要的意义在各种沉积物的质量评价体系中，瑞典科学家HAKANSON [4]提出的生态风险指数法应用最为广泛，它不仅反映了某一特定环境下沉积物中各种污染物对环境的影响和环境中多种污染物的综合效应，而且用定量方法划分出了潜在生态风险程度[5]目前，国内外应用生态风险指数法对沉积物中重金属污染进行评价的报道多集中于重金属总量污染[6-9]，但重金属生物毒性主要取决于重金属形态及形态浓度，而这方面的报道较少[10-11]本文使用改进的五步连续萃提法[12]对鄱阳湖及支流沉积物中的重金属（Cu、Co、Cd、Pb、Ni）进行形态区分，原子吸收分光光度计测得各元素各形态的含量，并应用HAKANSON提出的生态风险指数法对沉积物中重金属各形态的潜在生态风险进行了评价。

1 样品的采集及形态含量的测定2005年8月18日至21日，选择鄱阳湖和五条支流（修水、西河、饶河、抚河、赣江）的10个采样点，以3011型GPS 定位仪确定各点位置（见图1）后，采集表层0~15 cm的沉积物样品，装入聚四氟乙烯袋中冷冻保存在实验室将冷冻的土样取出，自然风干，磨碎，过100目筛，冷藏备用根据AKCAY等 [12]报道的五步连续萃提法，依次使用1.0 mol/L MgCl2溶液、1.0 mol/L CH3COONa溶液、0.004 mol/L HONH3Cl 溶液、0.02 mol/L HNO3和30％H2O2、HNO3/HF/HClO4/HCl混酸5类萃提剂将沉积物样品中的重金属（Cu、Co、Cd、Pb、Ni）区分为可交换态（S1）、碳酸盐结合态（S2）、铁锰氧化物结合态（S3）、有机物结合态（S4）、残渣（S5）5种形态，原子吸收测定重金属各形态含量图1 工作区域及采样点Fig.1 Working area and sampling points for Poyang Lake and branches2 沉积物中重金属潜在生态风险等级计算HAKANSON [4]指出，建立沉积物重金属生态风险评价体系指标必须满足以下4项：①浓度条件，即潜在生态风险指数（Risk Index，RI）随沉积物中金属污染程度的加重而增加；②种类数条件，即沉积物的金属污染具有加和性，即多金属污染的潜在生态风险更大，其中铜、铅、镉、铬是优先考虑对象；③毒性响应条件，即生物毒性强的金属对RI具有较高权重，其依据是沉积物中金属元素的“汇效应”(Sink Effects)具有不同的“指纹特征”(Fingerprints)和校正丰度的数量级；④基于生物生产量指数(BPI)的灵敏度条件，即不同水质系统对金属污染的敏感性不同。

生态风险评价指标的计算包括3步：①金属污染程度（Metal Pollution Level, MPL）等于沉积物样品中重金属的实测含量（Determined Content, DC）与其评价参考值（Evaluation Reference Value, ERV）之比；②单个重金属的生态危害系数EHC等于其污染程度与毒性响应系数（Toxic Response Coefficient, TRC）之积；③多种重金属的潜在生态风险指数RI等于单一重金属的生态危害系数EHC之和由于金属的生物毒性和生态效应与其赋存形态密切相关[13，14]，因此，重金属的潜在生态风险指数RI应为产生毒性的各形态生态风险指数之和结合鄱阳湖沉积物中重金属污染现状，设定5种重金属毒性响应系数依次为：Cd(30)>Cu=Pb(5)>Co(2)=Ni(2)由于沉积物质量评价的置信度主要是准确参考值比较的函数[13]，所以参考值的选取十分重要本文选取鄱阳湖污染较轻的支流西河沉积物（R2）中重金属各形态含量作为参比值[15]根据各形态在环境中的生物可利用性，将由五步连续萃提法区分的5种形态划分为3种组形态[16]，即：生物易利用态（S1）、生物中等利用态(S2＋S3＋S4)和生物惰性态（S5）。

在天然环境中，生物惰性态（S5）的生物活泼性弱，产生的生物毒性小，因此，在生态风险评价中不予计算根据潜在生态风险指数（RI）的大小，将鄱阳湖及支流沉积物重金属污染程度划分为4个等级[17]：RI＜110低值（弱污染区），110≤RI＜220为中值（轻度污染区），220≤RI＜440为高值（中度污染区），RI＞440为极高值（重度污染区）3 结果与讨论计算鄱阳湖及支流沉积物中各重金属的生态风险评价指标，各样品重金属的单重金属生态危害系数EHC、潜在生态风险指数RI和潜在生态风险等级如表2所示表2 不同采样点的单重金属生态危害系数、潜在风险指数及风险等级Table 2 EHC, ecological risk index and relative grade for each site of Poyang Lake and branches采样点生态危害系数（EHC）风险指数（IR）风险等级CuCdCoPbNiR129.7148.752.875.232.6989.25低值R210.0060.004.0010.004.0088.00低值R3152.22209.004.5414.264.74384.76高值R4115.7676.006.839.452.00210.04中值R549.1261.003.806.413.14123.47中值L136.29107.507.999.063.18164.02中值L214.41105.506.158.773.36138.19中值L362.10114.005.5519.913.00204.56中值L437.26125.252.587.652.32175.06中值L547.60117.754.2136.0610.19215.81中值从表2可以看出，如果以污染较小的西河沉积物中重金属形态含量为参比，鄱阳湖及其他支流沉积物中重金属的潜在生态危害指数均比西河的风险指数高，除修水外，风险等级均比西河高，而最高值出现在饶河，其产生重金属污染的原因可能是由于中上游铜矿开采，刘文新等[11]以上游沉积物为参比的风险等级评价也发现部分河段出现高值甚至极高值现象。

根据重金属的污染程度可将鄱阳湖和各支流分为3个生态风险功能区：鄱阳湖北部的修水、西河的弱污染区，鄱阳湖、赣江、抚河的轻度污染区和饶河为中度污染区在鄱阳湖流域重金属污染的治理与恢复工程中，可根据当地的社会、经济和技术条件，按生态风险功能区划，有针对性分别加以治理图2 不同重金属元素对RI的贡献率Fig. 2 Contribution of metals to RI用某一重金属各采样点EHC的平均值（N＝10）除以各采样点的RI值，计算各重金属对生态风险的贡献率结果如图2所示在5种重金属中贡献率最大的是Cd，其次是Cu，两者共占近90％的贡献率，而Co和Ni的贡献率均较低在鄱阳湖流域重金属污染治理过程中，应该着重做好Cd、Cu两种元素的监控与治理，严格控制工业废水的排放，降低重金属对鄱阳湖环境及渔业资源的影响与破坏，提高生态安全性4 结　论利用潜在生态风险指标体系对鄱阳湖及支流沉积物中重金属的生态风险进行了评价，发现以西河沉积物中重金属各形态含量为参比，除修水外，鄱阳湖及各支流的生态风险普遍较高，饶河的生态风险等级最高按重金属的污染程度将研究区域划分为3个生态风险功能区在研究的5种重。